Notat om status for N-udledning fra lavbundsarealer Bidrag til diskussion af landbrugsarealers sårbarhed med hensyn til N- udledning til vandmiljøet Workshop afholdt 13 december 2011 hos Videncenter for Landbrug Notat fra DCE - Nationalt Center for Miljø og Energi Dato: 22 februar 2012 Gitte Blicher-Mathiesen Institut for Bioscience Rekvirent: Videncenter for Landbrug Antal sider: 16 Faglig kommentering: Ruth Grant, Charlotte Kjærgaard Kvalitetssikring, centret: Poul Nordemann Jensen AARHUS AU UNIVERSITET DCE NATIONALT CENTER FOR MILJØ OG ENERGI Tel: +45 8715 0000 E-mail: dce@audk http://dmuaudk
Indhold Resumé 3 Indledning 4 Landbrug i og uden for omdrift på Lavbundsarealer 5 Kvælstofudvaskning fra lavbundsarealer via dræn 6 Grundvandsbidrag fra lavbundsområder til vandløb og grøfter 8 N-markbalancer giver begrænset information om lavbundsarealers potentielle N-udledning 10 Risiko for P udvaskning fra reetablerede lavbund 10 Kvælstoffjernelse i enge og vådområder 10 Grundvandstilstrømning til enge og vandløb 10 Ådalens potentiale for N-fjernelse fra dræn og grundvand 13 Referencer 15
Resumé Ådalen er central, når der skal udtages areal fra landbrugsproduktion med det formål at formindske N-udledningen til vandmiljøet Vi har dog meget lidt viden om, hvor meget kvælstof disse lavbundsarealer i landbrugsdrift udleder og dermed viden om, hvor meget kvælstofudledningen til vandløbet reduceres, hvis der udtages specifikke lavbundsarealer fra landbrugsproduktion Lavbundsarealet udgør ca 667800 ha ifølge den Danske Jordklassificering, heraf udnyttes ca 70 pct som landbrug, hvilket arealmæssigt svarer til 17 pct af landbrugsarealet i landet Heraf er ca ¾ opgjort som værende i omdrift, hvor det meste forventes at være veldrænet Den restende del er ikke i omdrift og hvor meget af dette, der er drænet og grøftet, er uvist Hovedparten af den danske lavbundsjord er minerogen Ny kortlægning af humusjordene viser at kun 177231 ha har mere end 3 pct kulstof, mens 107000 ha har mere end 12 pct kulstof Fra NPo-forskningsprogrammet blev N-udvaskning fra 3 lavbundsområder i omdrift målt Der var tale om nydrænet tørvejord, og derfor er resultaterne ikke repræsentative for tørveholdigt lavbundsjord, der har været drænet en årrække Der er kun et enkelt forsøg, hvor N-udledningen på et nydrænet tørvejord er målt over 14 år Resultaterne viser, at den årlige drænafstrømning af kvælstof falder fra ca 57-237 kg N/ha til 38-67 kg N/ha over disse 14 år, intervallet er afhængig af drænafstand Der har desuden været enkelte punktmålinger af N i drænvand fra lavbundsområder, men en præcis kvantitativ opgørelse af N-udledning kræver at både vandafstrømning og N- koncentration måles forholdsvis hyppigt ca 1 gang pr uge, idet der kan strømme reduceret grundvand til fra andre arealer og dermed fortynde N- koncentration i lavbundsområder Hvis lavbundsområdet dyrkes som varigt græs og ikke omlægges men stadig drænes, forventes N-udvaskningen via dræn at ligge forholdsvis lav, hvilket foreløbige målinger (1-10 kg N/ha/år) fra 2 arealer i oplandet til Gjern å indikerer (Hoffmann & Grant, 2004) Data fra NPo forskningsprogrammet indikerer, at lavbundsjorde, der ikke drænes og ikke gødes, synes at have en meget lav N-udvaskning til vandmiljøet Ofte har der været fokus på, om tørveholdige lavbundsjorde i omdrift (og dermed drænede) vil have en stor N-udledning til vandløb I dag har vi ikke målinger, der underbygger dette Målinger på en lokalitet over 14 år, som nævnt ovenfor, er ikke tilstrækkelig til at drage konklusioner med hensyn til N-udledning Vi har ikke målinger, der viser, hvordan nitratholdigt grundvand transporteres eller omsættes under strømning gennem lavbundsområder til vandløb Det kan vise sig, at de lavbundsområder, der er minerogene, kan have en stor N-udledning til vandløb, hvis let omsættelig organisk stof er nedbrudt af mange års tilstrømning af nitratholdigt grundvand Da grundvand i ådalen ofte strømmer i små lag af grus, sand eller i grænsen mellem tørv og andet materiale, ofte med høj hydraulisk ledningsevne og hvis N-reduktionen er opbrugt i denne strømningskanal, vil nitratholdigt grundvand kunne strømme direkte ud til vandløbet I sådanne tilfælde vil man kunne opnå en stor reduktion i N-udledningen/ha ved at udtage omdriftsarealer 3
Konklusionen fra denne udredning er, at datagrundlaget for at opgøre N- udledning fra lavbundsarealer er begrænset, men de minerogene lavbundsarealer (eller hvor tørven er omsat) kan måske vise sig at være meget sårbare og evt give anledning til stor N-udledning Derimod kan denitrifikationen i områder, hvor der stadig er tørv tilstede, være stor med en deraf resulterende lav udledning til vandløbene indtil tørven er omsat N-fjernelse via denitrifikation på lavbundsarealer afhænger af sedimentets indhold af organisk stof og/eller pyrit samt af grundvandsstand, flow og evt tilstrømning af grundvand fra højjord Derfor vil N-markbalancer ikke kunne give et retvisende billede af N-tabspotentialet for lavbundsarealer Videngrundlaget vedr effekten på N-udledningen af at udtage arealer i ådalene herunder mulighed for i højere grad at målrette en udtagning bør derfor styrkes, såfremt dette virkemiddel ønskes bragt i anvendelse Indledning Videncenter for Landbrug har bedt Institut for BioScience, Aarhus Universitet om en vidensbaseret udredning om landbrugsarealer vurderede sårbarhed for udledning af kvælstof til ferskvand og havmiljø Institut for BioScience har i nærværende notat beskrevet det nuværende vidensgrundlag med hensyn til N-udledning fra lavbundsarealer N-udledning fra lavbundsarealer er primært knyttet til omsætningen af organisk stof og den overfladenære transport bla via dræn og grøfter I notatet beskrives hvordan lavbundsjordene er afgrænset og hvor meget de arealmæssigt udnyttes til landbrug Hidtil har der ikke været så meget fokus på hvor stor N-udledningen er på minerogen lavbundsjord, der udnyttes landbrugsmæssigt Disse typer af lavbundsjord kan måske vise sig at blive meget kritiske med hensyn til N-udledning til vandmiljøet og bliver gennemgået nedenfor Selvom en relativ lille andel af lavbundsjordene er organogen og i omdrift har der ofte været fokus på eller en forventning om at disse arealer giver et relativt stort bidrag af kvælstof til vandløb og grøfter, primært fordi jordens organiske stof omsættes, når dræning og ompløjning lufter og ilter jorden Nedenfor gennemgås lavbundsjordenes N-udledning til grøfter og vandløb, og der skelnes mellem kvælstofudledning via dræn og udledning, som er grundvandsbetinget Den grundvandsbetingede N-udledning er svær at måle I dag findes der ikke specifikke danske målinger, der redegør for hvor stort dette bidrag udgør fra lavbundsjord hvilket jo så også gælder for de arealer, der udnyttes landbrugsmæssigt Ådalen er attraktiv både for landbruget og til rekreative formål Landbrugsmæssigt er lavbund og ådalen attraktive idet disse arealer har et stort udbyttepotentiale betinget af god vandforsyning til afgrøder og fra de organogene jorde også ekstra N forsyning til planterne, når tørven omsættes Med hensyn til N-udledning gør vand og stofstrømme samt interne processer for N-fjernelse i ådalen det muligt at udnytte naturens naturlige hydrologi og stofomsætning til at fremtidssikre og forbedre retentionen af både N 4
og P på vandets og stoffernes transportvej til vandmiljøet I det sidste afsnit gennemgås kort de mulige processer der kan fjerne N fra lavbundsområderne Landbrug i og uden for omdrift på Lavbundsarealer Lavbundsjord har naturligt et relativt højtliggende grundvandsspejl, da disse arealer ligger relativ lavt i forhold til den nærliggende recipient I den Danske Jordklassificering (Madsen et al, 1992) udgør lavbundsjordene 667800 ha Der findes ikke nogen entydig naturvidenskabelig definition på lavbundsjord I jordklassificeringen blev lavbund afgrænset på Geodætisk Instituts målebordsblade 1:20000, ud fra kortenes eng-, mose- og marsksignatur Også landskabselementerne marsk, tørlagt inddæmmet areal og littorina inkusiv marint forland er klassificeret som lavbund Det betyder at lavbundsjordene dækker over den lavbund, der eksisterede i den første halvdel af 1900 erne Da en del af littorina fladen ligger så højt at det formentlig ikke er grundvandpåvirket er det aktuelle lavbundsareal mindre end ovenfor angivet Landbrug dækker knap 70 pct af lavbundsområderne og er opgjort ud fra ansøgte hektar til Enkeltbetalingsordningen i 2010, svarende til at 17 % af landbrugsarealet for hele landet ligger på lavbund (tabel 1) Af landbrug på lavbund er ca ¾ opgjort som værende i omdrift, hvor det meste forventes at være veldrænet Den øvrige ca ¼ er ikke i omdrift og hvor meget af dette, der er drænet og grøftet er uvist Landbrugsarealet på lavbund i omdrift er opgjort med to metoder Dels for de markblokke, hvor hele arealet udgøres af lavbund og dels for det landbrugsareal hvor også dele af markblokke udgøres af lavbund og hvor den andel af markblokken der ligger i lavbund er vægtet med hele markblokkens omdriftsandel Begge metoder kan overestimere andel af arealet i omdrift, det er dog uvist hvor meget For de markblokke hvor hele arealet udgør lavbund vil en stor andel ligge i Store og Lille Vildmose, begge har en stor andel af omdrift I opgørelsen hvor kun dele af markblokke ligger i lavbund vil man forvente at omdriftsarealet primært ligger uden for lavbundsområdet Hovedparten af den danske lavbundsjord er minerogen Ifølge ny kortlægning af humusjordene i Danmark udgør jord med mere end 3 pct kulstof 177231 ha, hvoraf 73 % er i omdrift, mens 107000 ha har mere end 12 % C, hvoraf 65 % er i omdrift (Mogens Greve pers komm) Nye målinger af netto nedbrydning af kulstof på drænede organogene og ugødede landbrugsjord på lavbund udgør mellem 35 og 136 kg C/ha/år og var ca en faktor 1,7 højere på arealer i omdrift end på permanente græsarealer omend denne opdeling ikke var signifikant (Elsgaard et al, 2012 in prep) Nedbrydning af tørven vil forventelig være noget større på gødede arealer Feks fandt Pedersen (1978) at omsætning af tørven årligt fjernede 1 cm tørv i Store Vildemose for perioden 1930-1974, derudover var der en mekanisk sammensynkning af tørven på yderligere 176 cm 5
Tabel 1 Arealpotentialet for landbrugsjord er opgjort hvor hele markblokke er dækket af lavbundsjord og hvor også en del af markblokke er vægtet i forhold til, hvor stor en andel af markblokken der er dækket af lavbund Summen af det ansøgte landbrugsjord i alt og i omdrift er vist for de 23 hovedvandopland Markblokke med 100 % areal inden for lavbund Lavbund på ansøgt areal inkl del af markblokke Område Markblokke Ansøgt areal Omdrift på ansøgt areal Pct omdrift Ansøgt areal Omdrift på ansøgt areal Pct omdrift n (ha) (ha) (%) (ha) (ha) (%) 11 Nordlige Kattegat 3651 21358 17671 83 42132 31855 76 12 Limfjorden 8822 63927 54999 86 141861 111333 78 13 Mariager Fjord 352 4138 3761 91 7918 6475 82 14 Nissum Fjord 672 3028 2400 79 16266 13133 81 15 Randers Fjord 1450 7394 5155 70 26485 18958 72 16 Djursland 756 4721 3696 78 11539 8517 74 17 Århus Bugt 65 244 59 24 3481 2241 64 18 Ringkøbing Fjord 1122 6463 5053 78 38796 31426 81 19 Horsens Fjord 121 482 242 50 4339 2917 67 110 Vadehavet 1715 12470 8065 65 57719 41016 71 111 Lillebælt-Jylland 224 549 170 31 9500 5751 61 112 Lillebælt-Fyn 122 530 152 29 3677 1957 53 113 Odense Fjord 249 1328 983 74 6253 4510 72 114 Storebælt 52 142 92 65 1696 1156 68 115 Sydfynske 103 587 84 14 2794 1292 46 21 Kalundborg 373 1900 757 40 6849 3485 51 22 Isefjord og Roskilde Fjord 828 6327 4787 76 15252 10543 69 23 Øresund 130 798 578 72 3457 1216 35 24 Køge Bugt 252 2202 415 19 3307 1040 31 25 Smålands-farvandet 412 3051 1999 66 15640 10714 69 26 Østersøen 227 2522 1696 67 8033 5381 67 30 Bornholm 4 3 2 58 502 353 70 40 Kruså 1055 6844 4506 66 21568 16412 76 Sum 22757 151007 117323 78 449067 331683 74 Kvælstofudvaskning fra lavbundsarealer via dræn Vores viden om hvor stor N-udledning via dræn er fra lavbundsjorde er forholdsvis lille både for lavbundsarealer med natur og de lavbundsarealer der udnyttes landbrugsmæssigt N-udvaskning fra gødede humusholdige lavbundsjorder i omdrift viser stor spredning som ud over mængden af gødning og sædskifte påvirkes af tørvens omsætningsgrad og vandpåvirkning Vandstanden i tørven og N- udledning er betinget af hvor detaildrænet og grøftet områderne er I Danmark er der meget få målinger af N og P udvaskning på humusholdige lavbundsjorde Og på nogle af de målte lokaliteter er N-udvaskningen via dræn meget høj, fordi området er drænet lige inden eller få år inden målinger startede (tabel 2) 6
Tabel 2 Målt N-udvaskning fra humusholdige lavbundsjorde med og uden dræning i Danmark Lokalitet Jordtype N-tilførsel N-udvaskning (kg total N/ha/år) Dræn (kg N/ha/år) Dræn Nedsivning Måleår Gødet og drænet i omdrift Moræne 1 22 lille 14 Marsk, Højer 1 12 % ler 50-200 28 lille 14 Tørv, Skjernådalen 1 26 % C 30-120 126 lille 14 Nydrænet Volsted 3 85-90 % humus Græs slet 45 & 111 43 & 50 2 Nydrænet /Vinterhvede 110-285 Gøderup 3* 29 % humus 100 289 1 Nydrænet Skovsbjerg 3 78-89 % humus 100 21 & 27 68 & 84 2 Nydrænet? Gødet og drænet vedvarende græs Gjern 2 Tørvejord 1 1 Gjern 2 Tørvejord 11 1 Ikke drænet vedvarende græs eller mose Kærhuset 3 70-86 % humus 75-20 & 35 2 udrænet Gøderup 3 mose 44 % humus - 8 1 udrænet Reference for deloplande Fussingø 4 Lavbund Skov 50 ha 6 3 Eng 59 ha Fussingø 4 Lavbund 122 ha lavbund 70 ha landbrug 95 ha skov 15 3 LOOP 1 Lolland 5 Lerjord Lerjord 25 16 90/91-94/95 01/02-09/10 LOOP4 - Fyn 5 Lerjord Lerjord 41 17 90/91-94/95 01/02-09/10 1) Pedersen (1985) 2) Hoffmann & Grant (2004) 3) Hansen et al (1990) 4) Hoffmann & Ovesen (2003) 5) Grant, R (Pers Kom) * høsten druknede idet drænpumpen ikke var sluttet til, vinterhveden blev nedpløjet N-udvaskning via dræn fra en gødet lavbundsjord der er i omdrift og som for nylig er blevet drænet med tilsvarende landbrugsmæssige udnyttelse er for en 14 årig periode målt til gennemsnitlig 126 kg N/ha Den høje udvaskning skyldes at området blev drænet lige før målingerne startede, hvorved der foregik en stor mineralisering af tørven, og hvor udvaskningen primært var ammonium I løbet af de 14 år falder ammonium koncentrationen fra ca 50 mg N/l i de første 6 år til 15-17 mg N/l de sidste 3 måleår Drænafstrømningen for det hydrologiske år stiger i forhold til hvor intensiv arealet er drænet, gennemsnitlig 395, 350 og 227 mm med en drænafstand på henholdsvis 7½, 15 og 30 m Ganges den gennemsnitlige ammoniumkoncentration på 17 mg N/l målt for det sidste måle år, giver det et overslag over N- udvaskningen via dræn på henholdsvis 67, 60 og 38 kg N/ha for det hydrologiske år Til sammenligning udgør den årlige drænafstrømning for landbrugsjord 10-30 kg N/ha målt på 15 lokaliteter igennem 7 eller 10 år (Pedersen, 1983, Simmelsgaard, 1994) Også de 3 lokaliteter der er målt i Hansen et al (1990) er forholdsvis nydrænede og N-udvaskningen via dræn udgør 21 og 27 kg N/ha for lokaliteten Skovsbjerg og 45 og 111 for lokaliteten Volsted, hvor den høje udvaskning 7
kan relateres til ompløjning af intensiv dyrket sletgræs efter fulgt af vinterhvede Den tredje lokalitet i Hansen et al (1990) har en meget høj drænudvaskning på 289 kg N/ha, som kan relateres til at vinterhveden druknede og derfor blev nedpløjet Hvis lavbundsområdet dyrkes som varigt græs og ikke er i omdrift men stadig drænet forventes N-udvaskningen via dræn at ligge forholdsvis lav, hvilket foreløbige målinger (1-10 kg N/ha/år) fra 2 arealer i oplandet til Gjern å indikere (Hoffmann & Grant, 2004) Lavbundsjorde der ikke drænes og ikke gødes synes at have en meget lav N-udvaskning til vandmiljøet Målinger af ammonium og nitrat i jordvand og grundvand for 3 lokaliteter viser meget lave koncentrationer sammenlignet med tilsvarende arealer der gødes, drænes og er i omdrift (Hansen et al, 1990) (Tabel 3) Tabel 3 Nitrat koncentration i jordvand fra tørv og koncentrationer af Total opløst kulstof (TOC), ammonium, nitrat og total N målt i grundvand på drænede og udrænede humusjorde (efter Hansen et al1990) Lokalitet Humus (%) Afgrøder Nitrat i jordvand Grundvand 0-25 75-100 (mg NO 3-N/l) (mg /l) Drænet og gødet 0-25 25-50 50-75 75-100 TOC NH 4-N NO 3-N t-n cm ut 1 58 28 Omdrift 42 38 44 25 31 1 13 17 59-72 4 23 34 Omdrift 40 47 35 35 21 7 5 12 34-87 7 13 11 Omdrift 19 24 19 3 29 16 1 21 34-78 8 27 26 Omdrift 8 18 21 16-2 17-0-30 9 58 51 Varigt græs 3 3 0 0-2 8-80-150 6 28 19 Omdrift med græs 2 2 1 1-2 3-65-150 Ikke drænet og uden gødning 2 36 16 Mose 3 0 0 0 8 1 0 2 7-15 3 14 21 Varigt græs 1 1 0 0 18 1 0 3 17-43 5 27 27 Varigt græs 3 3 0 0-2 8-0-60 8 Vores vidensgrundlag omkring N-udledning fra lavbund og pumpede områder er langt fra fyldestgørende Blandt andet viser målinger på både drænede og pumplede nordjyske lavbundsarealer meget lave kvælstofkoncentrationer Det kan ikke udelukkes at den lave kvælstofkoncentration fra nogle lavbundsarealer, kan skyldes en stor kvælstofreduktion ved denitrifikation (Charlotte Kjærsgaard pers komm) Det er dog væsentligt at der for lavbundsarealer redegøres for vandbalancen da en lav kvælstofkoncentration kan skyldes en stor tilstrømning af reduceret grundvand, hvor en stor afstrømning selv med lav kvælstofkoncentration kan bidrage til en betydende belastning For kulstofrige arealer kan ammonium og total N udgøre et betydeligt bidrag til kvælstoftabet, hvorfor målinger af kvælstoftab også bør inkludere disse former Grundvandsbidrag fra lavbundsområder til vandløb og grøfter I dag har vi ikke viden og målinger af hvor meget kvælstof det strømmer til grøfter og vandløb via grundvand fra lavbundsområderne og slet ikke nogen viden om sammenspillet imellem kvælstofomsætning, vandpåvirkning og udledning for de forskellige typer af lavbundsområder der eksistere i landet Grundvandsbetinget N-udvaskning til vandløb og grøfter fra lavbundsområder vil i de områder, hvor der er vandmættet tørv eller pyrit være forholdsvis lav, mens udledningen formentlig vil være højere, hvis tørven er nedbrudt og pyriten allerede er oxideret Det kan vise sig at de lavbundsområder der er minerogene kan være kritiske med hensyn til N-udledning til vandløb, hvis let omsættelig organisk stof er nedbrudt gennem mange års
tilstrømning af nitratholdigt grundvand Netop fordi grundvand i ådalen ofte strømmer i små lag af grus, sand eller i grænsen mellem tørv og andet materiale, ofte med høj hydraulisk ledningsevne Når N-reduktionen er opbrugt i denne strømningskanal vil nitratholdigt grundvand kunne strømme direkte ud til vandløbet På nydrænet tørvejord i Skjern å dalen blev et relativt stort pyrit-indhold i 0-60 cm s dybde på mellem 4 og 29 tons/ha nedbrudt i løbet af 14 år, mens indholdet på 66 tons /ha i 60-90 cm s dybde blev reduceret til ca ¼ (Pedersen, 1985) Grundvandsbidrag af kvælstof kan være en tikkende bombe i de tilfælde hvor organisk stof og pyrit er iltet og/eller omsat I disse iltede og/eller anoxiske miljøer vil der være en risiko for at nitraten ikke blive omsat inden de når ud til grøfter og vandløb Pyrit vil dog stadig kunne dannes i anaerobe miljøer, hvis sulfat og jern tilføres med grundvand Afhængig af hvor omsat tørven er, vil mineralisering af tørven i sommerhalvåret kunne bidrage med en stor intern N-tilførsel, hvilket ikke i samme omfang vil være tilfældet for de minerogene lavbundsarealer En ændring i management fx ingen pløjning vil forventelig have en større effekt på drænudledningen fra organogen end fra minorogene lavbundsjorde Omvendt vil man kunne forvente at N-reduktionen defineret som N fjernelse fra bunden af rodzonen og ud til grøfter og vandløb vil være større på organogene jorde, hvis tørven er dybere end rodzonen og/eller dybere end grundvandsspejlet, mens på minorogen lavbund og lavbund med lille tørvedybde er der måske en lavere N fjernelse hvis der ikke er kulstof fra tørv eller pyrit der kan omsætte nitrat Som før nævnt har vi ikke danske målinger der kan afdække N-udledning relateret til mængde af tørv og/eller pyrit og strømningsveje dræn eller grundvandsbetinget Desuden er det uklart hvor stor dræningseffekten isoleret er på tørvmineraliseringen for fx drænede lavbundsarealer med vedvarende græs N-reduktionspotentialet i vandmættede tørvarealer i vinterhalvåret forventes at været betydeligt, mens minerogene / sandede lavbundsarealer ikke har tilsvarende høje N-reduktionspotentialer I forhold til effekten på N- udledning kan en øget N-mineralisering i sommerhalvåret teoretisk kompenseres ved et højere N-reduktionspotentiale i vinterhalvåret, hvor den endelige effekt på N-udledningen vil afhænge af afstrømningsforholdene (se nedenfor) For arealer med høj denitrifikation kan der dog forekomme N-tab i form af NH 4-N og/eller organisk-n, igen afhængigt af afstrømningsforholdene Lavbundsarealer (også drænede) vil i vinterhalvåret typisk være påvirket af til/gennem-strømmende grundvand med deraf følgende højt grundvandsspejl (terræn nært) Afhængigt af grundvandsspejlets beliggenhed, trykpotentialer og hydraulisk ledningsevne kan der på lavbundsarealer både forekomme vertikal nedsivning til dræn og/eller vertikal/horisontal grundvandstilstrømning De lokale hydrauliske forhold vil således påvirke afstrømningsforholdene via dræn Tilsvarende vil vandstanden i grøft/vandløb påvirke afstrømningen fra lavbundsarealet De lokale (og årstidsbestemt) hydrauliske forhold vil således kontrollere afstrømningen af vand fra rodzonen 9
N-markbalancer giver begrænset information om lavbundsarealers potentielle N-udledning N-markbalancer anvendes ofte til at give et estimat af hvor stor N- udvaskningen er fra rodzonen Markbalancerne opgøres som tilført kvælstof med handelsgødning, husdyrgødning, slam og affaldsprodukter fra industri, N-fixering, deposition og tilførsel med såsæd minus den kvælstofmængde der fjernes med høstede produktioner N-markbalancen er et samlet udtryk for tabsposterne N-udvaskning fra rodzonen, denitrifikation, ammoniakfordampning og ændringer i de organiske puljer I nogle tilfælde opgøres N tabet via denitrifikation og ændringer i de organiske puljer med empiriske eller andre modeller (Jensen et al, 2006) Da N-fjernelse via denitrifikation på lavbundsarealer som ovenfor nævnt i høj grad afhænger af sedimentets indhold af organisk stof og/eller pyrit samt af grundvandsstand, flow og evt grundvandstilstrømning fra andre arealer vil disse N- markbalancer ikke give det samme revisende billede af det potentielle N-tab fra rodzonen for lavbundsarealer, som markbalancen giver for minerogen højjord I dag er der ikke modeller og tilstrækkelig måledata, der kan beskrive den heterogene omsætning og vanddynamik, der fjerner N via denitrifikation eller nedbryder tørv i lavbundsområderne Risiko for P udvaskning fra reetablerede lavbund Den landbrugsmæssige udnyttelse med dræning og gødskning af de ånære lavbundsjorde har bevirket, at mange af disse arealer i dag indeholder betydelige mængder akkumuleret fosfor (Kjærgaard, 2007), der ved restaurering og med højt grundvandsspejl til følge kan være en potentiel fosforkilde til vandmiljøet Kvælstoffjernelse i enge og vådområder I de vandløbsnære arealer kan nitrat fjernes ved overrisling med drænvand, ved oversvømmelse med vandløbsvand, ved gennemstrømning af nitratholdigt grundvand i reducerende sedimenter enten i enge eller gennem vandløbsbunden og ved oversvømmelse Stor N-fjernelse i vådområder opnås på lokaliteter, hvor meget grundvand med forholdsvis høje nitratkoncentrationer strømmer igennem et vådområde i geologiske lag, som kan reducere nitraten Grundvandstilstrømning til enge og vandløb I et idealiseret afstrømningsopland vil den største grundvandstilstrømning foregår i midten af vandløbssystemet, mens tilstrømningen øverst i et vandløbssystem er lille og evt fra sekundære grundvandsmagasiner (Grootjans (1985) (Figur 1) Tilstrømningen nederst i vandløbssystemet kan også være forholdsvis stor, men hovedparten af tilstrømningen foregår i vandløbsbunden, således at de vandløbsnære arealer mere er påvirket af oversvømmelse end direkte af grundvands-gennemstrømning På vandløbsnære arealer findes ofte et meget heterogent jordbundsprofil med varierende lag; bånd af tørv og tynde lag af grus, sand, ler eller silt som kan være aflejret ved oversvømmelse af vandløbet eller ved erosion af ådalsskrænten 10
Figur 1 Stiliseret grundvandstilstrømning til ådal og vandløb (efter Grootjans, 1985) Målinger af vand- og total N-afstrømningen i 35 deloplande i Gjern å viser stor variation i mellem deloplandene (Kronvang et al, 1999a)(Figur 2 og 3) Deloplandene er optegnet som typografiske oplande Grundvandsdannelsen foregår i grundvandsoplande, der er relateret til placering af vandskel og udbredelsen af vandførende geologiske sedimenter Til et sårbarhedskort for N-udledning opdelt på deloplande i oplandet til Gjern å vil det ikke være nok at kigge på de topografiske deloplande fordi grundvandet er dannet på tværs af deloplandenes topografiske skel Karakteristik for vådområder er at transportvejen til vandløbet oftest er meget kompliceret Grundvand kan løbe under selve engen eller vådområdet og først strømme til vandløbet i vandløbsbunden eller grundvand kan strømme mere eller mindre parallelt med vandløbet eller i specielle geologiske lag, hvor stor gennemstrømning foregår i små lag af grus eller sand Endelig kan det forekomme at vand strømmer fra vandløbet og ind i brink og eng og ud igen til vandløbet N-fjernelsen i enge og vådområder er derfor variabel primært fordi de geologiske, fysiske og hydrologiske forhold er heterogene Målingerne af vand og kvælstofafstrømningen i oplandet til Gjern å viser at det vil kræve ret nøjagtige målinger og beskrivelser af geologi, vandets strømningsveje og lokalisering af N-reduktionen både i grundvand og i de ånære arealer for at kunne give et realistisk kort over et oplands sårbarhed for N-udledning til vandløb 11
Vandløb Rørlagt vandløb Oplandsgrænse Målestation Gudenåen Vandføring (l s -1 km -2 ) >20 15-20 10-15 5-10 0-5 <0 Sminge Sø Gjern Å Nørbæk Sminge Møllebæk Søbygård Sø Dalby Bæk Nårup Bæk Dybdal Bæk Gelbæk Møllebæk Voldby Bæk Begtrup Bæk N 0 1 5 km Figur 2 Årlig afstrømning fra 35 deloplande målt i perioden marts 1994-juni 1996 i oplandet til Gjern Å (figur delvis fra Kronvang et al, 1999a) Water courses Piped watercourses Sub-catchment boundaries Extensive stream reach Loss of total-n (kg N ha -1 ) >20 15-20 10-15 <10 River Gudenå Lake Søbygård River Gjern N 0 1 5 km Figur 3 Total N afstrømning til 35 deloplande er målt i perioden marts 1994-juni 1996 i oplandet til Gjern Å (figur delvis fra Kronvang et al, 1999b) 12
Ådalens potentiale for N-fjernelse fra dræn og grundvand Ådalens potentiale for mindre N-udledning til vandløbet kan inddeles i flere elementer i) en mindre N-udledning der er betinget af en ændret landbrugsdrift i ådalen ii) N-fjernelse der potentielt kan opnås ved at stoppe dræn i selve ådalen iii) overrisling af drænvand fra opstrømsarealer hvorved der vil ske en fjernelse af nitrat fra det overrislende drænvand iv) en N fjernelse ved at nitratholdigt grundvand strømmer igennem et vådområde kan bla øges ved at reducere vandløbsvedligeholdelsen eller restaurere vandløbet og dermed øge vandstanden i vandløb og ådal Målte N-fjernelser ved overrisling med drænvand dannet i oplandet til ådalen, fjernelse hvor nitratholdigt grundvand strømmer igennem vådområder og oversvømmelse af enge med vand fra vandløbet er beskrevet i Hoffmann og Grant (2004) Resultaterne fra denne gennemgang er kort vist nedenfor Overrisling og infiltration af nitratholdigt drænvand (iii) kan fjerne betydelig mængder nitrat Målinger viser fjernelse på 133 2725 kg NO 3-N /ha/år De største procentuelle fjernelser er i de undersøgelser hvor mængden af drænvandet der overrisler engen er afstemt, så vandet kan nå at infiltrere jorden Dette er tilfældet på engene ved Stevns, mens de målte høje N- fjernelser fra Glumsø skyldes at dette er et forsøg hvor rørskoven har forskellige vand og nitratbelastninger (tabel 4) Ved for høj belastning eroderer vandet en strømrende i engen og N-fjernelsen bliver mindre og med risiko for sedimenttransport til vandløbet Tabel 4 Oversigt over nitratfjernelse ved overrislingsforsøg med drænvand eller åvand Ved opgørelsen er der taget højde for at drænvand ikke løber hele året, tabel fra Hoffmann og Grant (2004) Lokalitet Kg NO - 3 -N ha -1 år -1 % Glumsø, rørskov 520 65 Glumsø, rørskov 975 62 Glumsø, rørskov 2725 54 Glumsø, fuldskala 569 94 Stevns å, eng* 350 99 Stevns å, eng med gammelt drænrør - 99 Syv bæk, eng 300 72 Stor å, genskabt eng 530 48 Gjern å, eng* (min) 34 88 Gjern å, eng* (max) 200 98 * korttidsforsøg Forskellig hydraulisk belastning og forskellig nitratbelastning Kvælstoffjernelse via denitrifikation af nitratholdigt grundvand der strømmer igennem udrænede ånære arealer (iv) er meget effektiv, mellem 50 og 100 % af det tilførte nitrat fjernes under vandets transport igennem eng og/eller vådområde (tabel 5) Fjernelsesraten varierer mellem 10 og 2100 kg N/ha/år hvilket især afhænger af mængden af grundvand og nitratkoncentration der strømmer igennem vådområdet Forudsætning for en god fjernelse er at der er organisk stof der fungere som energikilde for de bakterier der omsætter nitraten I nogle områder primært okkerpotentielle kan pyrit være energikilde til nitratomsætningen 13
Tabel 5 Oversigt over nitratfjernelse i forskellige vådområder, hvor nitratholdigt grundvand løber igennem området Lokalitet Kg NO - 3 -N ha -1 år -1 % Stevns å, eng 57 97 Rabis bæk, eng 398 56 Gjern å: A, eng, 1992 1993 1994 326 340 119 59 65 68 B, mose (1993) 2100 97 B, mose (5 års målinger) 1079 97 C, eng (5 års målinger) OBS 541 96 D, eng (5 års målinger) OBS 398 97 E, eng * 104 100 Brede å, storskala enge (63 ha) 1996 92 71 Brede å, storskala enge (94 ha) 2000 108 96 Gudenåens Kilder, storskala enge (57 ha) 84 57 * hertil kommer et bidrag på 52,7 kg N ha -1 år -1 fra oversvømmelse Under Vandmiljøplan II blev N-fjernelsen i re-etablerede vådområder overvåget Før re-etablering beregnede de daværende amter en N-fjernelse ud fra metoder der er beskrevet i en teknisk anvisning til dette formål (Hoffmann et al, 2000; 2003) Den gennemsnitlige beregnede N-fjernelse udgjorde 257 kg N/ha/år, men den målte fjernelse varierede mellem 39 og 372 kg N/ha/år Resultaterne viser at for 4 vådområder (Lindkær, Horne Mølleå, Karlmosen og Snaremose) svarede den målte og den beregnede N-fjernelse nogenlunde til hinanden, dog var de målte fjernelser lidt højere end de beregnede (Tabel 6) Tabel 6 Målt og/eller beregnet N-fjernelse i 10 reetablerede VMP II vådområder (opdateret tabel af CC Hoffmann fra Hoffmann og Baattrup-Pedersen (2007) Projektområde Målt N-fjernelse (kg N ha/år) Ændret arealanvendelse (kg N ha/år) Målt og ændret arealanvendelse (kg N ha/år) Beregnet N (kg Nha/år) Egebjerg enge 53-53 200 Hellegård å! -! 280 Kappel 14 25 39 140 Geddebækken 90 35 125 215 Horne Mølleå 220 35 255 200 Karlsmosen 337 35 372 270 Lindkær 191 35 226 235 Snaremose Sø 256 35 291 200 Frisvad Møllebæk (op til 95) (279)! 279 Ulleruplund 133 37 170 210 Gammelby Bæk 83 22 105 343 Nagbøl Å 163 24 187 300 Hjarup Bæk 170 30 200 475 14
For 6 vådområder (Egebjerg Enge, Kabbel, Geddebækken, Gammelby Bæk, Nagbøl Å og Hjarup Bæk) er der stor forskel imellem den målte og den beregnede N-fjernelse En af grundende til den store forskel kan skyldes at vand og kvælstoftilførslen er anderledes end beregnet ud fra den tekniske anvisning De ovenfor viste målingerne af vand- og N-afstrømningen for deloplande i oplandet til Gjern å viser at der er stor variation inden for et opland som det ikke er muligt at inddrage i de overordnede beregningsforudsætninger beskrevet i den tekniske anvisning for beregning af N-fjernelse ved reetablering af vådområder (Hoffmann et al, 2000) Referencer Elsgaard, L, Schäefer, CM, Hoffmann, CC, Blicher-Mathiesen, G, Schelde, K Og Petersen, SO (2012) Net ecosystem exchange of CO2 and carbon balance for eight agricultural and organic soils in Denmark (In prep) Grootjans, AP (1985) Changes of groundwater regime in wet meadows Thesis, University of Groningen Hansen, B, Hansen, AC, Hoffmann, CC & Nielsen, H(1990) Vand- og stofbalance på lavbundsjord NPO forskning fra Miljøstyrelsen no C14 74 s Hoffmann, CC, Nygaard, B, Jensen, JP, Kronvang, B, Madsen, J, Madsen, AB, Larsen, SE, Pedersen, ML, Jels, T, Baattrup-Pedersen, A, Riis, T, Blicher-Mathiesen, G, Iversen, TM, Svendsen, LM, Skriver, J, Laubel, AR, 2000 Overvågning af effekten af reetablerede Vådområder Teknisk Anvisning fra DMU nr 19 National Environmental Research Institute, 112 s Hoffmann, CC & Grant, R (2004) Ophør af omdrift på lavbundsarealer I: U Jørgensen (red) Muligheder for forbedret kvælstofudnyttelse i marken og for reduktion af kvælstoftab Faglig udredning i forbindelse med forberedelsen af Vandmiljøplan III DJF rapport Markbrug no 103, Danmarks Jordbrugsforskning, Tjele S 180-187 Hoffmann, CC & Baattrup-Pedersen (2007) Re-establishing freshwater wetlands in Denmark Ecological Engineering 30, 157-166 Hoffmann, CC, Baatrup-Pedersen, A, Kjærgaard, C og Hasler, B 2010 Vådområder I: Kronvang et al (red) Kortlægning af risikoarealer for fosfortab I Danmark B6 Arealændringer i risikoområder Årg 1, 2010 Tilgængelig via http://wwwnprisikokortdk/virkemidler/virkemidlerhtml (verificeret 7/1 2011) Petersen, J, Petersen, B M, Blicher-Mathiesen, G, Ernstsen, V og Waagepetersen, J 2006 Beregning af nitratudvaskning: Forslag til metode, der sikrer ensartethed i sagsbehandlingen i forbindelse med fremtidig miljøgodkendelse af husdyrbrugs-udvidelser Danmarks JordbrugsForsk-ning 144 s DJF rapport Markbrug nr 124 Kronvang, B, Svendsen, LM, Jensen, JP & Dørge, J (1999a) Scenario analysis of nutrient management at the river basin scale Hydrobiologia 410: 207-212 15
Kjærgaard, C (2007) Fosforstatus, binding og tabsrisiko fra danske organogene lavbundsjorde I: Udpegning af risikoområder for fosfortab til overfladevand DFFE-projekt under VMPIII 2004-2006 Kronvang, B, Hoffmann, CC, Svendsen, LM, Windolf, JW, Jensen, JP & Dørge, J (1999b) Retention of nutrients in river basins Aquatic Ecology 33, 29-40 Pedersen, EF (1978) Tørvelagets sammensynkning og mineralisering I Store Vildmose Statens Planteavlsforsøg, Beretning nr1425 Pedersen, EF (1985) Drænvandsundersøgelser på marsk- og dyb tørvejord 1971-84 Tidsskrift Planteavl 89: 319-329 Pedersen, EF (1983) Drænvandsundersøgelser 1971-91 Tidskrift for Planteavls Specialserie Beretning nr S1667 53s 16